JP2010222981A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングのコンパクト化を保ちつつ酸化触媒等の排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れを改善して前記排気浄化触媒の目詰まりを防止する。
【解決手段】排気ガス６を通過させて浄化する排気浄化触媒をケーシング４により抱持して排気管３途中に装備し、このケーシング４の入側に排気管３からの排気ガス６を導き入れる入口パイプ７を嵌挿すると共に、該入口パイプ７を前記排気浄化触媒の入側端面に対し所要間隔を隔てて対峙する位置まで延在せしめ且つそのケーシング４内に入り込んだ部位に多数の散気孔７ａを開口して先端を分散板５（蓋体）で塞いだ排気浄化装置に関し、前記入口パイプ７の散気孔７ａの孔数を上流側に対し下流側で減少せしめ且つその下流側の周方向複数箇所に散気孔７ａを開口せずに前記入口パイプ７の軸心方向に延在する無孔領域８を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの採用が検討されている。

即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。

ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。

そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。

つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。

この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。

図４に示す如く、このようなパティキュレートフィルタ１を前段の酸化触媒２と一緒に排気管３の途中に装備するにあたっては、該排気管３の途中に介装したケーシング４内に、前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１とを直列に配置して収容せしめ、多数の散気孔５ａを有する円盤状の分散板５を前記酸化触媒２の入側に排気ガス６の導入方向に対し直角に配置するようにしている。

また、前記ケーシング４の入側には、上流側の排気管３からの排気ガス６を導き入れる入口パイプ７を嵌挿して前記分散板５の中央部分に突き当たる位置まで延在せしめ、この入口パイプ７のケーシング４内に入り込んだ部位に、多数の散気孔７ａを開口するようにしてあり、上流側の排気管３から導いた排気ガス６が入口パイプ７の各散気孔７ａ及び分散板５の各散気孔５ａを介し拡散されて酸化触媒２の入側端面に導かれるようになっている。

尚、このような前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１との配置状態について技術開示した先行技術文献情報としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。

特開２００９−１３７９３号公報

しかしながら、斯かる従来構造においては、入口パイプ７の中を通る排気ガス６の流れが分散板５に突き当たる下流側で圧力が高くなり、排気ガス６の多くは下流側の散気孔７ａから入口パイプ７の半径方向外側に向けて吹き出すようになっていたため、ここで噴き出す排気ガス６の影響で上流側の散気孔７ａから出た排気ガス６の流れがベルマウス状に広がり（図５参照）、酸化触媒２の入側端面に対し排気ガス６の流れが斜めに吹き付ける結果、前記酸化触媒２の入側端面に煤が付着し易くなるという不具合があった。

即ち、図６に酸化触媒２の入側端面付近を模式的な断面図で示している通り、酸化触媒２の入側端面に対し排気ガス６が斜めに吹き付けると、その各流路の入口において渦ｓが発生し、この渦ｓの発生する部位が実質的な排気ガス６の流れの澱み場所となって、ここに煤が付着堆積することで目詰まりが起こり易くなるという問題があった。

ここで付言しておくと、入口パイプ７が突き当たる分散板５の中央部分には、過剰な圧力損失の上昇を回避するべく僅かな孔数の散気孔５ａが穿設されているが、入口パイプ７における各散気孔７ａからの排気ガス６の吹き出しを促す観点から、前記入口パイプ７の先端は、過剰な圧力損失の上昇を招かない程度には十分に塞ぐ必要がある。

尚、分散板５から酸化触媒２の入側端面までの距離Ｌ（図４参照）を十分に長く確保すれば、排気ガス６が酸化触媒２の軸心方向に沿う流れを形成し易くなるが、この距離Ｌを長く確保することはケーシング４のコンパクト化を阻む要因となり、車両への搭載性を著しく悪化させてしまうことになるため、ケーシング４のコンパクト化を保ちながら排気ガス６の流れの改善を図ることが望まれている。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ケーシングのコンパクト化を保ちつつ酸化触媒等の排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れを改善して前記排気浄化触媒の目詰まりを防止することを目的としている。

本発明は、排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒をケーシングにより抱持して排気管途中に装備し、このケーシングの入側に排気管からの排気ガスを導き入れる入口パイプを嵌挿すると共に、該入口パイプを前記排気浄化触媒の入側端面に対し所要間隔を隔てて対峙する位置まで延在せしめ且つそのケーシング内に入り込んだ部位に多数の散気孔を開口して先端を蓋体で塞いだ排気浄化装置であって、前記入口パイプの散気孔の孔数を上流側に対し下流側で減少せしめ且つその下流側の周方向複数箇所に散気孔を開口せずに前記入口パイプの軸心方向に延在する無孔領域を確保したことを特徴とするものである。

このようにすれば、入口パイプの上流側の散気孔から噴き出した排気ガスが、下流側の散気孔から排気ガスが噴き出している部位を避けて、流れに対する抵抗が少ない下流側の無孔領域に沿って流れ、しかも、入口パイプの上流側の散気孔から噴き出すことで排気浄化触媒の入側端面までの十分な距離が確保されるので、酸化触媒の軸心方向に沿う流れを形成し易くなり、排気ガスの全体の流れのうちで排気浄化触媒の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加される。

そして、排気浄化触媒の入側端面に対し軸心方向から排気ガスが導入されると、前記排気浄化触媒の各流路の入口で渦が発生しなくなるため、ここに煤の付着堆積が起こらなくなり、仮に一時的に付着したとしても直ぐに排気ガスの流れに吹き飛ばされてしまうため、前述の如く、排気ガスの全体の流れのうちで排気浄化触媒の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加されると、各流路の入口に付着堆積した煤が成長して目詰まりを起こすような不具合が未然に回避されることになる。

更に、本発明においては、入口パイプの散気孔の孔数が上流側から下流側にかけて徐々に減少し且つ各無孔領域が上流側から下流側にかけて徐々に拡張するように構成することが好ましく、また、入口パイプの先端位置でケーシング内を区画し且つ多数の散気孔を開口して排気ガスを拡散せしめる分散板を前記入口パイプの蓋体とすると良い。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、入口パイプの先端を塞ぐ蓋体から排気浄化触媒までの間の距離を長く確保しなくても、排気ガスを排気浄化触媒の軸心方向に沿う流れにして該排気浄化触媒の入側端面に導入することができるので、ケーシングのコンパクト化を保ちつつ排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れを改善して前記排気浄化触媒の目詰まりを防止することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 図１の入口パイプの展開図である。 図１の入口パイプからの排気ガスの吹き出し状況を示す斜視図である。 従来例を示す断面図である。 図４の入口パイプからの排気ガスの吹き出し状況を示す斜視図である。 図４の酸化触媒の入側端面付近を模式的に示す拡大図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、先に図４〜図６で説明したものと略同様に、排気管３の途中に介装したケーシング４内に、前段の酸化触媒２（排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒）とパティキュレートフィルタ１とを直列に配置し、前記酸化触媒２の入側に、上流側の排気管３からの排気ガス６を導き入れる入口パイプ７を嵌挿し、該入口パイプ７を前記酸化触媒２の入側端面に対し所要間隔を隔てて対峙する位置まで延在せしめ且つそのケーシング４内に入り込んだ部位に多数の散気孔７ａを開口して先端を分散板５（蓋体）で塞いだ排気浄化装置に関し、前記入口パイプ７の散気孔７ａの孔数を上流側に対し下流側で減少せしめ且つその下流側の周方向複数箇所に散気孔７ａを開口せずに前記入口パイプ７の軸心方向に延在する無孔領域８を確保するようにしている。

特に本形態例においては、図２に展開図で示している通り、入口パイプ７の散気孔７ａの孔数が上流側から下流側にかけて徐々に減少し且つ各無孔領域８が上流側から下流側にかけて徐々に拡張するように構成されており、図２中に二点鎖線で示す如く、散気孔７ａが開口している領域が、下流側へ向け先細りとなる三角形状に形成されていると共に、散気孔７ａを開口せずに入口パイプ７の軸心方向に延在している無孔領域８が、下流側へ向け幅広となる三角形状に形成されている。

而して、このように構成すれば、図１や図３に示す如く、入口パイプ７の上流側の散気孔７ａから噴き出した排気ガス６が、下流側の散気孔７ａから排気ガス６が噴き出している部位を避けて、流れに対する抵抗が少ない下流側の無孔領域８に沿って流れ、しかも、入口パイプ７の上流側の散気孔７ａから噴き出すことで酸化触媒２の入側端面までの十分な距離が確保されるので、酸化触媒２の軸心方向に沿う流れを形成し易くなり、排気ガス６の全体の流れのうちで酸化触媒２の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加される。

そして、酸化触媒２の入側端面に対し軸心方向から排気ガス６が導入されると、前記酸化触媒２の各流路の入口で渦ｓ（図６参照）が発生しなくなるため、ここに煤の付着堆積が起こらなくなり、仮に一時的に付着したとしても直ぐに排気ガス６の流れに吹き飛ばされてしまうため、前述の如く、排気ガス６の全体の流れのうちで酸化触媒２の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加されると、各流路の入口に付着堆積した煤が成長して目詰まりを起こすような不具合が未然に回避されることになる。

従って、上記形態例によれば、入口パイプ７の先端を塞いでいる分散板５から酸化触媒２までの間の距離Ｌ（図１参照）を長く確保しなくても、排気ガス６を酸化触媒２の軸心方向に沿う流れにして該酸化触媒２の入側端面に導入することができるので、ケーシング４のコンパクト化を保ちつつ酸化触媒２に導入される排気ガス６の流れを改善して前記酸化触媒２の目詰まりを防止することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気管途中のケーシング内に収容される排気浄化触媒は、必ずしもパティキュレートフィルタの前段に付帯装備される酸化触媒に限定されるものではなく、パティキュレートフィルタ自体を担体とした酸化触媒であっても良いし、ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、三元触媒等といった様々な触媒であっても良いこと、また、入口パイプの先端を塞ぐ蓋体は必ずしも分散板で構成されていなくても良く、入口パイプだけで十分な排気ガスの流れの改善が達成できる場合には、分散板を廃止して単に入口パイプの先端を塞ぐ機能だけを備えた蓋体を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ パティキュレートフィルタ
２ 酸化触媒（排気浄化触媒）
３ 排気管
４ ケーシング
５ 分散板（蓋体）
５ａ 散気孔
６ 排気ガス
７ 入口パイプ
７ａ 散気孔
８ 無孔領域

Claims (3)

1. 排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒をケーシングにより抱持して排気管途中に装備し、このケーシングの入側に排気管からの排気ガスを導き入れる入口パイプを嵌挿すると共に、該入口パイプを前記排気浄化触媒の入側端面に対し所要間隔を隔てて対峙する位置まで延在せしめ且つそのケーシング内に入り込んだ部位に多数の散気孔を開口して先端を蓋体で塞いだ排気浄化装置であって、前記入口パイプの散気孔の孔数を上流側に対し下流側で減少せしめ且つその下流側の周方向複数箇所に散気孔を開口せずに前記入口パイプの軸心方向に延在する無孔領域を確保したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 入口パイプの散気孔の孔数が上流側から下流側にかけて徐々に減少し且つ各無孔領域が上流側から下流側にかけて徐々に拡張するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 入口パイプの先端位置でケーシング内を区画し且つ多数の散気孔を開口して排気ガスを拡散せしめる分散板を前記入口パイプの蓋体としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。

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